石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范在工程設(shè)計(jì)中的使用

1、,,《石油化工控制室抗爆設(shè)計(jì)規(guī)范》在工程設(shè)計(jì)中的使用,2011年9月,目 錄,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟數(shù)值積分方法抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則,在爆炸動(dòng)荷載作用下, 允許結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。 抗爆動(dòng)力分析的目的是要確定建筑物的變形，其變形的計(jì)算包含延性比、支座轉(zhuǎn)角的計(jì)算。 由于裝置爆炸所產(chǎn)生的沖擊波超壓其性質(zhì)和破壞力具有不確定性的特征，因此在力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，抗爆設(shè)計(jì)過(guò)程中更應(yīng)該重視概念設(shè)計(jì)，從建筑布局、結(jié)構(gòu)選

2、型等多方面綜合考慮。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟,數(shù)值積分的方法,數(shù)值積分法適用于任何荷載-時(shí)間曲線，采用與簡(jiǎn)化方法相同的等效單自由度系數(shù)和耦合假定。它可以得出支撐構(gòu)件隨時(shí)間變化的反力。 以下將參考Design of Structures to Resist Nuclear Weapons Effects (ASCE MANUAL 42)分析一個(gè)單質(zhì)點(diǎn)在任意外加荷載作用下的響應(yīng)，提供求解其運(yùn)動(dòng)及數(shù)值解過(guò)程的一般性公式。,數(shù)值積分的

3、方法,彈性無(wú)阻尼響應(yīng),單一質(zhì)量M,在隨時(shí)間變化的荷載F(t)作用，通過(guò)一個(gè)剛度為K的彈簧固接在支座上，運(yùn)動(dòng)方程為,其中，X為質(zhì)量M的位移；,為質(zhì)量M的加速度。,（式1）,數(shù)值積分的方法,假定在某一給定時(shí)刻tm，單質(zhì)點(diǎn)的加速度、速度及位移已知，假定在這段時(shí)間間隔內(nèi)加速度呈線性變化，需要求tm時(shí)刻以后某一h單位時(shí)刻tn時(shí)的加速度、速度、位移及荷載函數(shù)。,數(shù)值積分的方法,,,,數(shù)值積分的方法,需注意，實(shí)踐表明，時(shí)間間隔h盡量取0.05~0.1

4、倍的振動(dòng)周期,或更短的時(shí)間間隔，而不應(yīng)取大于0.25倍的振動(dòng)周期，以便獲取荷載函數(shù)中任何較大的變化情況。,數(shù)值積分的方法,彈塑性反應(yīng),數(shù)值積分的方法,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（一）收集設(shè)計(jì)基本資料： 了解建筑物在總平面的布置及方位，建筑資料、設(shè)計(jì)基本條件、爆炸危害性報(bào)告提供的爆炸荷載取值。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（二）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖：對(duì)于封閉建筑物，爆炸載荷主要作用于外墻和屋頂，并通過(guò)各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳至基礎(chǔ)。爆炸能量通過(guò)結(jié)構(gòu)的彈性變形，更為重要的是

5、結(jié)構(gòu)的塑性變形而被吸收。沒(méi)有被結(jié)構(gòu)吸收的爆炸能量部分傳至基礎(chǔ)。 抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中只限于外圍結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接承受爆炸動(dòng)荷載作用，對(duì)內(nèi)墻、與外圍結(jié)構(gòu)脫開的柱及中間樓板等一般不考慮由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的動(dòng)力作用，僅在構(gòu)造上予以適當(dāng)加強(qiáng)（規(guī)范條文5.7.4）。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常的做法是根據(jù)荷載的傳遞途徑，逐個(gè)構(gòu)件進(jìn)行分析。,抗爆結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（三） 爆炸荷載分析 1.給出建筑物的體型特征參數(shù)； 2.

6、根據(jù)評(píng)估報(bào)告提供的超壓Pso及作用時(shí)間td，按照規(guī)范給出的公式計(jì)算爆炸沖擊波參數(shù)，即波速、峰值動(dòng)壓、波長(zhǎng)。(規(guī)范公式5.3.2-1~5.3.2-3),,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),3. 計(jì)算作用在建筑物上的爆炸荷載：前墻：峰值反射壓力Pr ，前墻正壓等效作用時(shí)間te (規(guī)范公式5.4.2-1~5.4.2-5),抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),側(cè)墻及屋面： 有效沖擊波超壓Pa ，有效沖擊波超壓升壓時(shí)間tr (規(guī)范公式5.4.3-1~5.4.3-2),抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)

7、計(jì),抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),后墻：有效沖擊波超壓Pb、沖擊波到達(dá)后墻時(shí)間ta、有效沖擊波超壓升壓時(shí)間trb (規(guī)范公式5.4.3-1~5.4.3-2),抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（四）抗爆構(gòu)件的試算,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),圖A.0.3 三角形荷載下的極限抗力－延性比關(guān)系 Dy—屈服位移；Dm—最大位移；Tm—最大位移對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；Ru—結(jié)構(gòu)構(gòu)件在給定截面及配筋時(shí)提供的極限抗力（ｋＮ）,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

8、,算法二： 通過(guò)數(shù)值積分的方法，計(jì)算結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間的抗力及響應(yīng)，從而得出峰值響應(yīng)及變位，對(duì)構(gòu)件彈塑性轉(zhuǎn)角進(jìn)行核算。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),3. 側(cè)墻在平面外荷載作用下的彈塑性轉(zhuǎn)角核算: 采用數(shù)值積分的方法分析。 4. 后墻核算: 同前墻核算步驟。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5. 屋面板在平面內(nèi)荷載作用下的計(jì)算 屋面板四面連續(xù)固定于外部剪力墻,將前墻荷載傳遞給側(cè)面剪力墻。1）受力簡(jiǎn)圖為兩端固支（跨度取建筑物長(zhǎng)度方向尺寸）。

9、2）近似將屋面板看作帶翼緣的∟型梁，墻體視為翼緣板。3）考慮工況： 荷載沿建筑物長(zhǎng)向作用（荷載沿建筑物寬度方向作用不起控制作用），綜合考慮前墻和后墻數(shù)值計(jì)算分析結(jié)果的組合，即 屋面荷載=前墻反力-滯后ta時(shí)間的后墻反力。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),4) 假定屋面板厚、屋面配筋（用于抗剪）、翼緣配筋（用于抗彎）。5) 構(gòu)件抗力計(jì)算： 計(jì)算抗彎承載力、抗剪承載力： 比較抗彎承載力及抗剪承載力，得到控制承載力R。6) 單

10、自由度等效體系計(jì)算 計(jì)算構(gòu)件的剛度、屈服位移、振動(dòng)周期，通過(guò)數(shù)值積分的方法，計(jì)算結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間的抗力及響應(yīng)，從而得出峰值響應(yīng)及變位。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),6. 側(cè)墻在平面內(nèi)荷載作用下的計(jì)算： 側(cè)墻在平面內(nèi)荷載作用下為懸臂構(gòu)件，將前墻及屋面荷載傳遞給基礎(chǔ)。1) 假定截面及配筋：2) 構(gòu)件抗力計(jì)算： 計(jì)算抗彎承載力、抗剪承載力： 比較抗彎承載力及抗剪承載力，得到控制承載力R。單自由度等效體系計(jì)算

11、 計(jì)算構(gòu)件的剛度、屈服位移、振動(dòng)周期，通過(guò)數(shù)值積分的方法，計(jì)算結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間的抗力及響應(yīng)，從而得出峰值響應(yīng)及變位。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),7. 側(cè)墻在平面內(nèi)、平面外荷載交互作用下的變形計(jì)算 ：,驗(yàn)算平面內(nèi)外荷載相互作用情況下 是否滿足。（規(guī)范中未提及？）公式中:△d為計(jì)算變形（延性比或支座轉(zhuǎn)角），△a為允許變形（延性比或支座轉(zhuǎn)角），i代表平面內(nèi)變位，o代表平面外變位。,,,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),8. 屋面板在平面外荷載作用下的

12、計(jì)算： 同彈性設(shè)計(jì)。 9. 屋面板在平面內(nèi)、平面外荷載交互作用下的變形計(jì)算 驗(yàn)算平面內(nèi)外荷載相互作用情況下 是否滿足。（規(guī)范中未提及？且平面外荷載作用下的計(jì)算未按照數(shù)值積分方法？）,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),10.框架梁、柱及次梁計(jì)算按照彈性狀態(tài)，用PKPM程序設(shè)計(jì)。,抗爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（五）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：采用等效靜力分析方法1. 獨(dú)立柱基礎(chǔ)：用PKPM程序設(shè)計(jì)。2. 剪力墻條基： 假定墻基寬度，